研磨盘磨损轨迹研究

在平面研磨中,研磨盘的磨损也对工件的表面质量有很大的影响,研磨盘的磨损机制一直都是国内外探讨的重点问题。采用固着磨料研磨技术,提出一种多参数平面研磨加工方法,并从研磨盘磨损轨迹分析进行了分析和仿真。结果表明:该平面研磨方法克服传统行星式研磨方法的相关缺陷,并降低轨迹重复率,还获得了分布更均匀的研磨相对速度。     

不定偏心平面研磨中固结磨具的均匀磨损

固结磨具不定偏心平面研磨加工中,磨具的均匀磨损是保证加工工件面形精度的前提。结合固结磨具平面研磨中磨具均匀磨损理论,通过力学和运动学分析,探讨磨具均匀磨损的条件,推导出磨具上一点相对于工件的轨迹方程与相对速度以及磨具与工件间的压强分布;分析磨具的结构参数、摆动机构参数以及转速比对磨具均匀磨损的影响。结果表明:最佳磨具结构参数是Δr=20 mm,α=45°, ε=3 mm;最佳摆动机构参数是φ=6°,T=1 s,e₀=60 mm;最佳转速比是k_ω=2。      

脆硬材料研磨加工瞬态温度场有限元分析

以圆光栅玻璃为代表,建立了脆硬材料研磨加工三维瞬态温度/应力场有限元模型。在考虑了热传导、空气对流传热和热辐射的冷却作用以及工件和研磨盘的热流分配问题的条件下,研究了加工过程中,工件的转动情况对温度场分布及传递规律的影响,并对仿真结果进行了实验验证。研究结果表明:研磨加工时,摩擦热由工件与研磨盘接触面向两边以及底层传递;工件与研磨盘同向转动加工时,工件上的摩擦热由于没有在刚滑出区域堆积,分布得更加均匀;工件与研磨盘反向转动研磨加工产生的摩擦热要比同向转动加工时的要高。     

MPCVD多晶金刚石片的研磨均匀性分析

在游离磨料研磨过程中,研磨的驱动方式及工艺参数等直接影响加工后工件的平面度和表面粗糙度。为了探究基于旋摆式驱动的游离磨料研磨工艺参数对MPCVD多晶金刚石片平整化的影响,建立旋摆式驱动平面研磨过程中的单磨粒运动学模型,根据实际研磨过程采用多磨粒随机分布模型进行计算机仿真计算,引入多磨粒轨迹的均匀性离散系数对磨粒轨迹均匀性进行分析。结果表明:当转速比取值等于0.5时,磨粒轨迹离散系数最大;当转速比小于等于0.5时,离散系数与转速比为正相关;研磨盘摆动弧线的弦长大于金刚石片直径时,磨粒相对于整个金刚石片表面的运动轨迹分布较为均匀;计算机仿真计算得到了研磨最优参数,并通过2英寸MPCVD多晶金刚石片研磨试验验证了仿真结果的有效性。研磨后金刚石片表面PV值为2.4 μm,表面粗糙度R_a达到139 nm,材料去除率d_MRR为10.1 μm/h。      

基于自转一阶非连续式微球双平盘研磨的运动学分析与实验研究

目的 分析不同研磨压力、下研磨盘转速、保持架偏心距和固着磨料粒度对微球精度的影响,确定自转一阶非连续式双平面研磨方式在加工GCr15轴承钢球时的最优研磨参数,提高微球的形状精度和表面质量。方法 首先对自转一阶非连续式双平盘研磨方式微球进行运动学分析,引入滑动比衡量微球在不同摩擦因数区域的运动状态,建立自转一阶非连续式双平盘研磨方式下的微球轨迹仿真模型,利用MATLAB对研磨轨迹进行仿真,分析滑动比对研磨轨迹包络情况的影响。搭建自转一阶非连续式微球双平面研磨方式的实验平台,采用单因素实验分析主要研磨参数对微球精度的影响,得到考虑圆度和表面粗糙度的最优参数组合。结果 实验结果表明,在研磨压力为0.10 N、下研磨盘转速为20 r/min、保持架偏心距为90 mm、固着磨料粒度为3000目时,微球圆度由研磨前的1.14μm下降至0.25μm,表面粗糙度由0.129 1μm下降至0.0290μm。结论 在自转一阶非连续式微球双平盘研磨方式下,微球自转轴方位角发生突变,使研磨轨迹全覆盖在球坯表面。随着研磨压力、下研磨盘转速、保持架偏心距的增大,微球圆度和表面粗糙度呈现先降低后升高的趋势。随着研磨...     

陶瓷结合剂研磨盘制备及研磨蓝宝石性能研究

为提高蓝宝石基片的研磨效率和质量,研制2种不同硬度的陶瓷结合剂固结金刚石研磨丸片并制作了相应的研磨盘,对蓝宝石基片进行研磨工艺试验以评估其研磨性能。结果表明:研磨时间延长,蓝宝石的材料去除率(R_MRR)和表面粗糙度(R_a)均逐渐降低最后趋于稳定;研磨盘转速提高,2种研磨盘获得的工件材料去除率均先升高后降低,在研磨盘转速为60 r/min时达到最高,分别为1.81 μm/min和1.27 μm/min,但工件表面粗糙度则持续降低;研磨压力增大,2种研磨盘获得的工件材料去除率持续升高,在研磨压力为34.5 kPa时达到最高,分别为2.03 μm/min和1.49 μm/min,且此时的蓝宝石基片表面粗糙度最低分别为0.165 μm和0.141 μm。对比2种硬度的研磨盘磨损性能可以发现,研磨盘的硬度越高,其材料去除效率越高,研磨盘磨耗比越高,但研磨后的工件表面粗糙度相对较高。      

双偏心半球阀阀芯研磨机的设计与研究

通过对双偏心半球阀阀芯的研磨工艺进行分析,设计出一种能实现正弦波研磨轨迹的研磨机.该机可调节研磨速度和研磨压力,并通过弹性浮动支承结构保证阀芯与研具球面良好吻合,使研磨质量和研磨效率得到极大提高.     

CP4研抛晶片时非均匀性和材料去除速率研究

建立了CP4研抛晶片时,晶片上任一点相对于研抛盘的运动方程。通过对其运动轨迹的分析,建立了工件材料研抛非均匀系数的函数模型和相对研抛材料去除速率的函数模型。运用Matlab软件,模拟分析了各个参数变化对研抛非均匀系数和相对研抛效率的影响。结果表明:对材料去除效率影响最大的参数是偏心距e的大小,其次是从动系数λ1;对晶片非均匀性影响最大参数是从动系数λ1,其次是偏心距e;当λ1=1,λ20.3,e取工艺允许的最大值时,工件研抛的均匀性最好。     

精密球体研磨盘沟槽设计与数值仿真

为提高精密球体的成球精度及研磨效率,针对精密球体研磨盘,提出变径偏沟V形槽的设计结构。通过建立单颗球体的几何运动模型,对球体的几何运动进行分析,获得球体自转角与沟槽偏角及研磨盘沟槽半径之间的关系。以90°槽形角V形槽为例,研究变半径条件下偏沟V形槽结构对研磨等概率的影响规律,结合实际生产情况,提出偏沟V形槽沟槽偏角的合理取值。采用数值仿真技术,对球面加工轨迹和轨迹分布密度进行了仿真分析,结果表明:采用偏沟V形槽对球体进行研磨加工,可以使研磨轨迹的分布更加均匀,从而提高球体的切削等概率性。该结构有利于提高研磨球体的研磨质量与加工效率。     

单面研磨6H-SiC单晶片的加工表面性能分析

采用硬基研磨盘对6H-SiC单晶片进行单面研磨,分析了晶片加工表面形貌和划痕特征。实验结果表明:采用铸铁盘相对于采用硬度较低的铜盘和铝盘研磨后的晶片表面较均匀。采用铸铁盘研磨时金刚石磨料和碳化硼磨料较适合单晶SiC的研磨加工。用M0.5/1.5金刚石磨粒研磨后,SiC单晶片表面的断裂凹坑密集而细小,但容易出现划痕和研磨不均匀,而且分散性差,团聚后容易使晶片表面产生大的划痕;实验条件下铸铁研磨盘比较适合M3/6以粗的金刚石磨料研磨。研磨过程中,磨粒的行为对表面质量有重要影响。切入较深的磨粒使工件产生微裂纹,从而导致工件表面产生滚压破碎凹坑、划擦痕迹和脆性断裂划痕;切入较浅的磨粒使工件产生微量塑性变形,而使晶片表面产生微量塑性去除划痕。     

固结磨料研磨与抛光的研究现状与展望

分析了传统游离磨料研磨抛光存在的缺点和固结磨料的研磨抛光的优点;阐述了固结磨料研磨抛光的材料去除机制以及固结磨料研磨盘抛光技术在氮化硅陶瓷加工、半导体制程中的应用;介绍了多种固结磨料研磨盘、抛光垫的制作方法;并展望了固结磨料的研磨抛光的发展趋势。     

修整技术及提高固结磨料研磨垫自修整性的研究

随着化学机械研磨的持续进行,垫表面特征会发生变化,从而使其研磨能力大大降低。修整垫可改善表面轮廓,进而提高被加工晶片表面质量,而且可以减少表面缺陷,延长使用寿命。本文着重介绍固结磨料研磨垫常见修整技术,分为非自修整和自修整两种类型,非自修整法有高压水射流修整、超声波振动法修整、金刚石修整器修整。并重点阐述通过合理选用研磨液、添加成孔剂以及优化研抛工艺参数等措施来促进亲水性固结磨料研磨垫自修整。      

Ultra-thinning Processing of Dielectric Substrates by Precision Abrasive Machining

The ultra-thin dielectric substrate was obtained by precision grinding and lapping/polishing. In the precision grinding, the substrate was thinned until 50 μm in thickness using fine-grained diamond wheels and a polishing pad. The substrates in the lapping and polishing were thinned to 17 μm in thickness with good flatness. The good flatness was produced by hard polishing pad made of polyvinyl chloride resin owing to their mechanical properties of high fixed grain density. These were confirmed by detailed AFM observations. Finally, the substrates were segmentalized to produce five thousand small tips (2 mm × 0.4 mm) by a precision dicing device.     

非晶态合金薄膜铜衬底超精密抛光的实验研究

本文采用聚氨酯抛光盘和绒布抛光垫对铜衬底进行超精密抛光工艺研究,对铜衬底的表面粗糙度、材料去除率以及铜衬底表面组织结构变化过程进行了研究,并讨论了铜衬底在超精密抛光时,不同抛光条件对其表面粗糙度和材料去除率的影响,以及抛光压力对铜衬底的表面形成过程的影响。结果表明,采用聚氨酯抛光盘和绒布抛光垫可以消除划痕,抛光后的铜衬底表面粗糙度可达Ra6 nm。     

固结磨料研磨过程中声发射信号与材料去除率关系研究

固结磨料研磨垫在加工过程中因钝化、磨损需要修整,材料去除率是判断研磨垫修整的特征指标之一。建立声发射信号与材料去除率的关系,有利于优化固结磨料研磨垫的修整、提高加工效率、降低生产成本。实验研究研磨压力、研磨转速、磨粒粒径、研磨液pH值4个因素对固结磨料研磨K9玻璃的材料去除率和声发射信号的影响,并建立材料去除率和声发射信号的线性回归方程。研究结果表明:4个因素对材料去除率和声发射信号的影响趋势相同,回归方程的预测误差小于5%。采用声发射技术可以预测研磨的材料去除率,为在线监测固结磨料研磨垫的修整奠定基础。      

Damage mechanisms during lapping and mechanical polishing CdZnTe wafers

CdZnTe wafers were machined by lapping and mechanical polishing processes, and their surface and subsurface damages were investigated.The surface damages are mainly induced by three-body abrasive wear and embedded abrasive wear during lapping process. A new damage type, which is induced by the indentation of embedded abrasives, is found in the subsurface. When a floss pad is used to replace the lapping plate during machining, the surface damage is mainly induced by two-body abrasive and three-body abrasive wear, and the effect of embed-ded abrasives on the surface is greatly weakened. Moreover, this new damage type nearly disappears on the subsurface.     

基于叶序仿生抛光垫的化学机械抛光的运动分析

为了改善化学机械抛光的接触状态和被加工工件的表面形态,基于生物学的叶序理论设计了仿生结构的抛光垫。从单颗磨粒切削理论出发,建立了抛光运动方程和材料去除率分布模型。利用所建立的运动方程和材料去除率分布模型进行了晶片表面材料去除率分布的计算分析,得到抛光机的运动参数及抛光垫的叶序参数对材料去除率的影响规律。结果表明:当抛光盘的转速较大、工件转速适中、摆臂摆动频率较小、摆臂中心角较小及叶序参数取值较小时可以获得更好的材料去除分布。     

圆光栅玻璃的游离磨料研磨抛光加工工艺

用游离磨料对圆光栅玻璃表面进行了研磨抛光实验,讨论了磨粒尺寸、磨料质量分数、加工时间、研磨盘转速、加载压力、抛光垫材料对试件表面粗糙度和材料去除率的影响。研究表明,硬质抛光垫能更好地保持试件的平面度。获得的优化工艺参数组合为:研磨盘转速75r/min;磨料质量分数10%;研磨液流量10mL/min;5μm的Al2O3加载压力0.019MPa,粗研20min;1μm的Al2O3加载压力0.015MPa,精研20min;30nm的CeO2加载压力0.012MPa,精抛10min。在该工艺组合下,获得了表面粗糙度值Ra为3.3nm、平面度为5μm的圆光栅玻璃。     

化学机械抛光垫的研究进展

化学机械抛光(CMP)作为一种超精密加工技术,在集成电路制造、计算机硬盘、微机电系统、光学元件加工等领域得到了广泛的应用。抛光垫设计制备、抛光垫磨损、抛光垫修整均会对化学机械抛光产生影响。首先从抛光垫基体、抛光垫表面纹理、抛光垫结构等3个方面对抛光垫设计制备相关研究进行了综述,重点介绍了不同基体材质抛光垫的抛光性能,指出了各材质抛光垫的优缺点。其次,介绍了抛光和修整过程中的抛光垫磨损,对比了各研究者建立的抛光垫磨损模型,概述了抛光垫磨损监测技术的研究现状,并指出目前抛光垫磨损状态的监测手段较为单一,采用融合多传感器信号对抛光垫磨损状态进行监测,可以提高其监测精度。为了进一步探究抛光垫修整对抛光性能的影响,归纳了修整器的结构参数,以及修整参数对修整效果的影响,介绍了几种新型修整器结构,并综述了抛光垫自修整技术的研究进展。最后,总结了目前关于研究抛光垫设计制备、抛光垫磨损、抛光垫修整等方面存在的问题,并对其发展前景进行了展望。     

陶瓷球高效超光滑磁流变柔性抛光新工艺研究

目的为实现陶瓷球表面的高效超光滑抛光,提出一种集群磁流变抛光陶瓷球的新工艺。方法在传统V型槽抛光陶瓷球的基础上增加集群磁极和上盘旋转动力,配制适当的磁流变抛光液,通过在上下抛光盘的集群磁极,形成磁流变抛光垫包覆陶瓷球,进行研磨抛光加工。然后,基于陶瓷球工件几何运动学和动力学分析得到球体各运动参数的影响关系,利用机械系统分析软件ADAMS对成球过程进行动态仿真,可以看出该抛光方法能够主动控制球体的运动,实现球面抛光轨迹的快速均匀全包络。最后,根据仿真结果,通过调整上下抛光盘的转速比、偏心距和加工间隙等参数,控制陶瓷球的自转角,实现球面的快速高效超光滑抛光。结果用自行设计的陶瓷球集群磁流变抛光实验装置,对氮化硅陶瓷球进行抛光2.5 h,表面粗糙度Ra从60 nm左右下降到10 nm左右,球形误差为0.13μm,达到了陶瓷球轴承氮化硅球的国家标准(G5水平)。结论集群磁流变抛光方式可以实现球面抛光轨迹的快速均匀全包络,实现陶瓷球表面的高效超光滑抛光,值得进一步深入探讨研究。